一种开口遮阳棚连接的毗邻隧道通风方法与流程

本发明属于公路隧道交通安全设施领域，特别涉及一种开口遮阳棚连接的毗邻隧道通风方法。

背景技术：

随着我国公路隧道行车安全技术的发展，遮阳棚的应用越来越引起人们的重视。隧道作为一个封闭空间，通风至关重要，通风不满足要求会导致隧道内污染物浓度超标、内部过热或过潮、无法提供充足的氧气供人呼吸、异味重等，严重影响隧道内乘客的安全和健康。

目前我国对于隧道通风研究，主要针对单个普通隧道，对于毗邻隧道间污染物窜流的研究也有一定的文献基础，然而该研究也只是局限于研究气体射流所造成的污染物扩散，忽略了很多影响因素，未明确窜流到下游隧道的污染物该如何处理。而对毗邻隧道间遮阳棚的通风需求，国内暂无文献研究。

随着遮阳棚的推广使用，加剧了遮阳棚连接的毗邻隧道的封闭程度，使隧道通风更加困难。为了减少或降低遮阳棚连接毗邻隧道对通风的影响，国内很多地方采取了遮阳棚顶部抬高半边，同时将遮阳棚底部打开的方式进行自然通风，如图1、图2所示。由于国内外缺乏对遮阳棚通风需求的研究，遮阳棚顶部抬高后是否依旧会有污染物流入下游隧道，以及当存在窜流时下游隧道如何进行通风设计都缺乏指导方法，因此，提出一种开口遮阳棚连接的毗邻隧道通风设计方法，对当前交通安全的发展至关重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种开口遮阳棚连接的毗邻隧道通风方法，为遮阳棚连接的毗邻隧道通风设计提供了一种思路，弥补当下相关研究的空白。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种开口遮阳棚连接的毗邻隧道通风方法，包括以下步骤：

s1，将上游隧道作为单独隧道，计算其需风量，并将其作为上游隧道供风量q上；

s2，利用热压、风压同时作用的自然通风原理，计算上下开口设计的遮阳棚所能提供的风量q棚；

s3，根据从上游隧道窜流到下游隧道的污染物具体浓度值cj0计算下游隧道需风量q下；

s4，计算当量隧道长度l下；

s5，根据步骤s4所得的当量隧道长度l下，确定下游隧道通风方式。

进一步的，所述步骤s2中，计算遮阳棚所能提供的风量q棚的具体方法如下：

步骤1，计算各窗口内外压差δp，

根据工程条件以及空气密度表可得：外部空气密度为ρw，内部空气密度为ρn，上部排风口空气密度为ρp，

内外密度差：δρ＝ρw-ρn(3)

室外风的动压：

式中:vf为横穿隧道的风速，单位为m/s；

设定px为第一窗口1的余压，各窗口的内外压差为：

式中:g为当地重力系数，单位为n/kg；

式中：k为空气流经窗口断面处的局部阻力系数；vw为外部空气流速，单位为m/s；

步骤2，根据各窗口的内外压力差δp，计算q棚；

步骤2.1，当第一窗口1和第三窗口3进风，第二窗口2排风时，

根据空气平衡原理：q1+q3＝q2(8)

式中：q1为第一窗口1的风量，q2为第二窗口2的风量，q3为第三窗口3的风量，

根据公式(9)计算各窗口的风量，

式中：q为风量的大小；μ为窗口处的流量系数；f为窗口断面处面积，单位为m³；δp为窗口处内外压差，单位为pa；

将△p1，△p2，△p3代入公式(9)，得到q1,q2,q3的表达式，代入公式(8)求解px，将px带入式(9)，得出q棚；

步骤2.2，当第一窗口1进风，第二窗口2和第三窗口3排风时，

根据空气平衡原理：q1＝q3+q2(10)

式中：q1为第一窗口1的风量，q2为第二窗口2的风量，q3为第三窗口3的风量，

将△p1，△p2，△p3代入公式(9)，得到q1,q2,q3的表达式，代入公式(10)求解px，将px带入式(9)，得出q棚。

进一步的，所述步骤s3中，根据公式(11)由cj0计算下游隧道需风量q下，

式中：ar为隧道断面面积；qj为隧道内机动车排放源强；l下为下游隧道长度；cj为下游隧道污染物设计浓度；cj0为隧道洞口污染物浓度；

进一步的，所述步骤s3中，隧道洞口污染物浓度cj0的计算方法如下：

第一步，计算q总，将上游隧道供风量q上和遮阳棚所能提供的风量q棚累加得到下游隧道总通风量q总，所述q总＝q上+q棚；

第二步，通过上游隧道和遮阳棚的供风量之和q总计算剩余污染物的浓度，即为下游隧道洞口污染物浓度cj0。

进一步的，所述步骤s3中，隧道内机动车排放源强qj的计算方法如下：

式中:eij为i类型机动车排放j污染物单车排放因子(mg/(m·veh))，i＝1、2、3分别表示轻型车、中型车和重型车；

s为隧道截面面积；

λi(v)为i类单车j污染物排放因子的车速系数，v为机动车的平均行驶速度，单位为km/h；

ai为i类型机动车的交通量，单位为veh/h。

进一步的，所述步骤s4中，当量隧道长度l下按照公式(14)计算：

l下＝l上*q下/q上(14)

式中：l上为上游隧道的长度；q下为下游隧道需风量；q上为上游隧道需风量；

进一步的，当上游隧道和遮阳棚的供风量之和能保证污染物不窜流到下游隧道时，所述步骤s5中，将下游隧道当作独立隧道，确定下游隧道通风方式。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

能够准确获得从上游隧道窜流到下游隧道的污染物具体浓度值，从而得出下游隧道的需风量和当量长度，进而准确的对受上游隧道窜流影响的下游隧道进行通风设计，使得窜流到下游隧道的污染物得到准确的量化处理，通风设施布置更加合理；

为了能够降低上游隧道窜流到下游隧道的污染物浓度，并准确得出遮阳棚开口所能提供的风量，本发明将热压、风压同时作用的自然通风原理应用于连接的毗邻隧道的遮阳棚开口设计，并计算出遮阳棚开口所能提供的风量；

为了得到下游隧道的需风量，本发明将空气视作不可压缩流体，将上游隧道和遮阳棚供风量累加，从而计算窜流到下游隧道的污染物浓度，进而得到下游隧道的需风量；

为了合理处理窜流到下游隧道的污染物，进而对存在窜流的下游隧道进行合理的通风设计，本发明在其他影响隧道需风量条件相同的情况下，通过上下游隧道需风量比值等于上下游隧道长度比值的关系得到下游隧道存在窜流时的当量隧道长度。

本发明合理、准确处理了遮阳棚连接的毗邻隧道中通过上游隧道窜流到下游隧道的污染物，使得遮阳棚连接的毗邻隧道的通风设计更加合理，弥补当前有关遮阳棚连接毗邻隧道通风设计研究的空白。

附图说明

图1为遮阳棚热压为主自然通风原理图，图中箭头指向为气流流动方向；

图2为遮阳棚风压为主自然通风原理图，图中箭头指向为气流流动方向；

图3为第一窗口、第三窗口进风，第二窗口排风示意图；

图4为第一窗口进风，第二窗口和第三窗口排风示意图；

图中：1—第一窗口，2—第二窗口，3—第三窗口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种开口遮阳棚连接的毗邻隧道通风方法进行详细介绍，

步骤一：确定上游隧道供风量q上，

将上游隧道作为单独隧道，按照《jtgtd70/2-02-2014公路隧道通风设计细则》计算其需风量，并将其作为上游隧道供风量。

步骤二：确定遮阳棚供风量q棚，

即在遮阳棚顶部设置了纵向贯通的通风口，也就是对遮阳棚上部背风面进行抬高，抬高高度可根据实际工程需要确定，同时利用下部的逃生口，使得内外形成热压、风压，从而采用热压、风压同时作用的自然通风的方式排除或减少上游隧道窜流到下游隧道的污染物，如图1和图2，

具体计算过程如下：

计算各窗口内外压差：

根据工程条件以及空气密度表可得：

外部空气密度：ρw

内部空气密度：ρn

上部排风口空气密度：ρp：

内外密度差：δρ＝ρw-ρn(3)

室外风的动压：

式中:vf-横穿隧道的风速(m/s)，

假设第一窗口1的余压为px，各窗口的内外压差为：

式中:g-当地重力系数(n/kg)；

k-空气流经窗口断面处的局部阻力系数；

vw-外部空气流速，m/s；

假设第一窗口1、3进风，第二窗口2排风，如图3，

根据空气平衡原理：

q1+q3＝q2(8)

式中：q1-第一窗口1的风量，

q2-第二窗口2的风量，

q3-第三窗口3的风量，

根据公式：

式中：q-风量的大小；

μ-窗口处的流量系数；

f-窗口断面处面积，m³；

δp-窗口处内外压差，pa

将△p1，△p2，△p3代入公式(9)，得到q1,q2,q3的表达式，代入公式(8)求解px，

若px有解，则假设成立，将px带入式(9)，得出q棚；

若px无解，则假设不成立，并进行如下假设，

假设第一窗口1进风，第二窗口2、3排风，如图4，

根据空气平衡原理

q1＝q3+q2(10)

式中：q1-第一窗口1的风量，

q2-第二窗口2的风量，

q3-第三窗口3的风量，

联立(9)(10)解出px

将px带入式(9)，得出q棚；

步骤三：确定下游隧道需风量q下，

当上游隧道和遮阳棚的供风量之和能保证污染物不窜流到下游隧道时，则将下游隧道当作独立隧道按照规范计算需风量；

当上游隧道和遮阳棚的供风量之和不足，存在污染物窜流到下游隧道时，则按照下列公式进行计算：

式中：ar-隧道断面面积；

qj-隧道内机动车排放源强；

l下-下游隧道长度；

cj-隧道污染物设计浓度；

cj0-隧道洞口污染物浓度。

隧道内机动车排放源强qj的计算过程如下：

式中:eij—i类型机动车排放j污染物单车排放因子(mg/(m·veh))，i＝1、2、3分别表示轻型车、中型车和重型车；

s-隧道截面面积

λi(v)—为i类单车j污染物排放因子的车速系数，v为机动车的平均行驶速度(km/h)；

ai—i类型机动车的交通量(veh/h)。

隧道洞口污染物浓度cj0计算过程如下：

将空气视作不可压缩的流体，可得上游隧道和遮阳棚的总供风量q总：

q总＝q上+q棚

将上游隧道和遮阳棚的供风量之和q总反代入《jtgtd70/2-02-2014公路隧道通风设计细则》关于隧道需风量的计算中，计算剩余污染物的浓度，即为下游隧道洞口污染物浓度cj0

步骤四：确定下游隧道通风方式，

当上游隧道和遮阳棚的供风量之和能保证污染物不窜流到下游隧道时，则将下游隧道当作独立隧道，根据《jtgtd70/2-02-2014公路隧道通风设计细则》进行通风；

当上游隧道和遮阳棚的供风量之和不足，存在污染物窜流到下游隧道时，则按式(14)首先确定存在污染物窜流的下游隧道所对应的当量隧道长度l下，再根据《jtgtd70/2-02-2014公路隧道通风设计细则》进行通风。

l下＝l上*q下/q上(14)

式中：l上表示上游隧道的长度。

以上所述，仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围，但本领域的技术人员应当了解到以下内容：技术人员依然可以对前述所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，以使得本发明能够合理的运用到实际工程中；同时技术人员所做的修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各技术方案的精神和范围。